Einsatz drahtloser Kommunikationstechnologie zur wirtschaftlichen Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben

Thema
Industrie 4.0
XXL-Produkte
Projekttitel Einsatz drahtloser Kommunikationstechnologie zur wirtschaftlichen Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben (DriveCoM)
Laufzeit 01.04.2013 – 31.03.2015
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Pressemitteilung
In diesem Forschungsprojekt werden miniaturisierte, autarke Sensorknoten zur draht- und eigenenergielosen Überwachung von Vibration, Temperatur und Drehmoment beispielsweise an Getriebelagerstellen entwickelt. Diese Sensorknoten bilden die technologische Neuheit des DriveCoM-Condition Monitoring Systems (CMS). Wesentliche Vorteile des DriveCoM-CMS sind die leichte Nachrüstbarkeit und die günstigen Anschaffungskosten. Zu Versuchszwecken soll in dem Projekt ein Demonstrator des DriveCoM-CMS aufgebaut werden, der die erreichbare Leistung der Datenübertragung in Verbindung mit einer Vorverarbeitung auf den Sensorknoten aufzeigt. Der Demonstrator ist dabei in der Lage, mindestens an einem Messpunkt das Drehmoment, an zwei Messpunkten die Temperatur sowie an vier Messstellen die Vibration aufzunehmen.

Veröffentlichungen zum Projekt

An eine zustandsorientierte Instandhaltung von Schiffsgetriebe werden auf Grund der erschwerten Zugänglichkeit im Rumpf des Schiffes, rauen Umgebung in Form von erhöhten Temperaturen, fortlaufenden Vibrationen oder salziger Seeluft, die zu Korrosion führen kann, besondere Anforderungen gestellt. In diesem Bericht wird die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks aufgezeigt, dessen Sensorknoten nach einmaliger Installation charakteristische Messdaten aufzeichnen, aktiv senden und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Der hier entwickelte Sensorknoten verfügt über eine thermoelektrische Energieversorgung, die Messintervalle von unter 20 Minuten ermöglicht. Die am Getriebe aufgezeichneten Schwingungsdaten wurden mit der zigBee-Funktechnolgie an eine zentrale Empfangseinheit gesendet. Durch Auswertung des Hüllkurvenspektrums lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle identifizieren.

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Die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks im Schiffsgetriebe bietet die Möglichkeit mit einmaligem Installationsaufwand Sensorknoten zu applizieren, die charakteristische Messdaten aufzeichnen, drahtlos übertragen und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Durch Erzeugung eines künstlichen Lagerschadens konnte aufgezeigt werden, dass sich im Hüllkurvenspektrum dargestellte Schwingungsdaten für die Zustandsdiagnose eines Schiffsgetriebes eignen.

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Dieser Artikel stellt eine Lösung für die thermoelektrische Energieversorgung von drahtlosen Sensorknoten zur Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben vor. Neben anderen Energiequellen im Umfeld des Schiffsgetriebes kann die Abwärme der Getriebeoberfläche einen thermoelektrischen Generator (TEG) versorgen. Die so erzeugte elektrische Spannung kann zum Betrieb von drahtlosen Sensorknoten genutzt werden, die Temperaturen, Vibrationen, Drehmoment und Drehzahl erfassen. Anforderungen an die Energieversorgungen werden aufgestellt, konstruktive Lösungen erarbeitet und thermische Simulationen werden mit praktischen Experimenten überprüft. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt auf, dass eine Lösung mit aktiver Kühlung des TEG im Bereich des Wärmetauschers eine Leistung von bis zu 14 mW zur Verfügung stellen kann. Nachteilig bei der Lösung sind zusätzliche Konstruktionen, beispielsweise an der Öl- und Kühlwasserleitung.

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Als hochbelastetes Element zwischen Dieselmotor und Propelleranlage hat das Schiffsgetriebe eine besondere Bedeutung hinsichtlich der Zuverlässigkeit des gesamten Schiffsantriebs. Gemeinsam mit Projektpartnern aus Industrie und Forschung wurde vom IPH eine Zustandsüberwachung entwickelt, mit deren Hilfe Ausfällen vorgebeugt werden soll. Die Besonderheit des Systems liegt in der drahtlosen und energieautarken Funktionsweise.

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In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden das Thema Industrie 4.0 sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.

Industrie 4.0, Automatisierungstechnik, Logistik

Mit Hilfe einer Datenanalyse auf einem Mikrocontroller in unmittelbarer Nähe der Messstelle entstehen intelligente Sensorknoten, die eine Zustandsprognose von Getriebebauteilen ermöglichen. Das IPH vergleicht verschiedene Analyseansätze hinsichtlich der Rechenzeit und des Energieverbrauchs, um den Aufwand der drahtlosen Datenübertragung zu minimieren.

Condition Monitoring, drahtlose Sensorknoten, Mikrocontroller

Förderer

Das Projekt mit dem Förderkennzeichen 03SX350A wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Forschungsprogramms „Maritime Technologien der nächsten Generation“ gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut.

Ihr Ansprechpartner

Benjamin Küster
M. Sc.

Abteilungsleiter Produktionsautomatisierung

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